JP7031362B2 - ブラインドリベット締結装置 - Google Patents

Description

本発明は，マンドレル付きのブラインドリベットを締結対象物に取り付けて締結するブラインドリベット締結装置に関する。さらに詳細には，締結後のブラインドリベットの取付状態の良否の判定も行うことができるブラインドリベット締結装置に関するものである。

例えば密閉型電池における注液口の封止のような，貫通穴を塞ぐ工程ではリベットの締結が行われている。リベットの締結のための従来の装置として，特許文献１に記載されているものを挙げることができる。同文献の装置では，単にリベットの取付（締結）を行うだけでなく，その取付状態の適否の判断も行うようになっている。そのため同文献の装置では，リベットの引抜ピン（同文献の図１中の「Ｐ」）を「ジョー」（同文献の図２中の「１０」）で把持して引き抜くとともに，その引き抜きの移動速度を算出することとしている（同文献の請求項１等）。この移動速度をあらかじめ記憶されている基準速度と比較することで，取付状態を判断するのである。

特開2010-099659号公報

しかしながら前記した従来の技術には，次のような問題点があった。すなわち，移動速度は正常な範囲内でも実際には締結不良になっている場合があるのである。例えば，取付箇所に対するリベットの取付後の姿勢が斜めになっていたり，あるいは取付によるリベットの座屈状態が正常時と異なっている場合がある。これらはいずれも，本来の封止性が得られない不良状態である。そしてこれらのような不良状態は，取付時の引き抜きの移動速度が正常な範囲内であっても発生していることがある。特にブラインドリベットの場合には，座屈状態を外部から目視で把握することもできないので，問題が大きかった。

本発明は，前記した従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものである。すなわちその課題とするところは，締結状態の良否を確実に判定することができるブラインドリベット締結装置を提供することにある。

本発明の一態様におけるブラインドリベット締結装置は，マンドレル付きのブラインドリベットを締結対象物に取り付けて締結する装置であって，締結対象物の取付穴に挿入されたブラインドリベットのフランジ部を締結対象物に押し付ける保持部材と，保持部材によりフランジ部が保持されているブラインドリベットのマンドレルを軸方向に引っ張る昇降機構と，締結対象物の取付穴に挿入されたブラインドリベットのＸ線画像を撮影するＸ線撮像部と，Ｘ線撮像部で撮影したブラインドリベットのＸ線画像から，ブラインドリベットの各部の寸法に関するデータである寸法データを取得する画像処理部と，昇降機構による引っ張り動作開始後に取得された寸法データに基づいて，ブラインドリベットの締結状況の良否を判定する判定部とを有し，判定部は，昇降機構による引っ張り動作開始後のあらかじめ定めたタイミングで撮像されたＸ線画像における寸法データがあらかじめ定められたその良好範囲内にあるか否かの判定を行うものである。

上記態様におけるブラインドリベット締結装置では，引っ張り動作開始後におけるＸ線画像，すなわちブラインドリベットの透過画像に基づいて寸法データを取得する。そしてこの寸法データに基づいてブラインドリベットの締結状況の良否判定を行う。このため，外観でも引っ張りのストローク値や荷重値でも分からない情報に基づいて良否判定を行うことができる。このため，締結状態の良否を確実に判定することができる。ここで，引っ張り動作開始後のあらかじめ定めたタイミングとしては，引っ張り動作のストロークや荷重の値が，それらについてあらかじめ定めた値に到達したとき，を挙げることができる。あるいは，ブラインドリベットのマンドレルが引っ張り動作により破断したとき，を挙げることもできる。なお，Ｘ線画像の撮像およびそれに基づく判定は，２回以上行うことが望ましい。

上記態様におけるブラインドリベット締結装置では，昇降機構の引っ張り動作のストロークを出力するストローク出力部と，昇降機構の引っ張り動作中の引っ張り荷重を測定する荷重測定部とを備えることが望ましい。この場合に判定部は，寸法データに基づく判定の他に，引っ張り動作開始後のあらかじめ定めたタイミングでのストロークまたは引っ張り荷重があらかじめ定められたそれぞれの許容範囲内にあるか否かの判定をも併せて行うことができる。これにより，より確実な良否判定ができる。

本構成によれば，締結状態の良否を確実に判定することができるブラインドリベット締結装置が提供されている。

実施の形態に係るブラインドリベット締結装置の全体構成を示す正面図である。 ブラインドリベットの締結対象である密閉型電池を示す斜視図である。 ブラインドリベット締結装置のヘッド部の構成を示す拡大断面図である。 マンドレルの引き上げ開始後における引き上げストロークと荷重との関係を示すグラフである。 ブラインドリベットの締結の手順を示すフローチャートである。 ブラインドリベットの透過撮影像とそこから得られる寸法データを示す正面図である。

以下，本発明を具体化した実施の形態について，添付図面を参照しつつ詳細に説明する。本形態は，図１に示すブラインドリベット締結装置１として本発明を具体化したものである。図１のブラインドリベット締結装置１は，図２に示す密閉型電池２の注液口３をブラインドリベットで封止する装置である。図２の密閉型電池２は，電解液の注入は済んでいるものの注液口３の封止はまだされていない段階のものである。

図１のブラインドリベット締結装置１は，密閉型電池２を載置する載置台４の他，ヘッド部５と，荷重測定部６と，昇降機構７とを有している。荷重測定部６は公知のロードセルを内蔵している。昇降機構７は，サーボモータ８とボールネジ９との組み合わせにより構成されている。本形態でのサーボモータ８は，公知のエンコーダ付きのものである。ブラインドリベット締結装置１にはさらに，Ｘ線撮像部１０と，画像処理部１１と，データ処理部１２とが設けられている。Ｘ線撮像部１０は，照射部１３と受光部１４とを有している。

ヘッド部５について，図３により説明する。図３には，ヘッド部５の内部構成を，密閉型電池２のうちの注液口３付近の部分およびブラインドリベット１５とともに示している。密閉型電池２のうち図３に現れているのは，外装部材の一部である封口板１６の一部であり，その図中中央辺りに注液口３が位置している。ブラインドリベット１５は，スリーブ部１７と，フランジ部１８と，マンドレル１９とを有している。マンドレル１９の先端のマンドレルヘッド２０は，スリーブ部１７の内部に埋め込まれた形となっている。スリーブ部１７の外径は，注液口３に丁度差し込める程度である。フランジ部１８と封口板１６との間にはガスケット２１が挟み込まれている。

ヘッド部５は，プッシャー２２と，ジョー２３とを有している。プッシャー２２は，ブラインドリベット１５のフランジ部１８を封口板１６へ向けて押し付けて保持する保持部材である。ジョー２３は，ブラインドリベット１５のマンドレル１９を掴む部材である。ジョー２３は，図１中の昇降機構７により昇降移動することができるものである。ジョー２３がマンドレル１９を掴んでいる状態で昇降機構７によりジョー２３を上昇させることで，マンドレル１９を上方へ引っ張ることができる（図３中の矢印Ｕ）。そのときその反力がプッシャー２２に掛かり，プッシャー２２はフランジ部１８を下向きに押し付けることとなる（矢印Ｄ）。

Ｘ線撮像部１０は，密閉型電池２のブラインドリベット１５のＸ線透過像を撮影するものである。受光部１４で取得した画像が画像処理部１１へ送られるようになっている。画像処理部１１では，受光部１４から送られたブラインドリベット１５の画像から，後述する種々の寸法データを抽出するようになっている。抽出された寸法データは，データ処理部１２へ送られるようになっている。データ処理部１２に対してはまた，サーボモータ８のエンコーダで取得されるストローク値や，荷重測定部６で取得される荷重値も送られるようになっている。つまり昇降機構７は，ストローク出力部としての機能をも有している。データ処理部１２では，送られた各種データを処理してブラインドリベット１５の締結状況の良否判定を行うようになっている。

続いて，上記のように構成されているブラインドリベット締結装置１におけるブラインドリベット１５の締結の手順について説明する。ブラインドリベット１５の締結は，対象とする密閉型電池２をブラインドリベット締結装置１の載置台４に載置して行う。このとき対象の密閉型電池２は，注液済みのものであってその注液口３に新品のブラインドリベット１５を挿入した状態のものである。そして，ブラインドリベット締結装置１のヘッド部５をブラインドリベット１５にセットする。すなわち，プッシャー２２をフランジ部１８に押し当て，ジョー２３でマンドレル１９を掴んで図３に示される状態とする。この状態が，締結工程を開始するときの状態である。

その後，昇降機構７によりマンドレル１９を上方へ引っ張って，ブラインドリベット１５のスリーブ部１７を変形させるとともに，マンドレル１９を最終的に引きちぎる（破断させる）ことで締結がなされる。その際，引き上げ開始後には，引き上げのストロークの増大に伴って，図４のグラフに示されるように荷重値が変遷する。そこで，引き上げ開始後におけるストロークおよび荷重値を監視しつつ，図５のフローチャートに示される手順に従って締結工程を実行する。

すなわち，引き上げ開始後まず，荷重値が図４中の荷重値Ｐに達した時点で（Ｓ１：Ｙｅｓ），第１回の撮像を行う（Ｓ２）。すなわち，Ｘ線撮像部１０によりブラインドリベット１５のＸ線透過像を撮影する。図４中の荷重値Ｐとは，引き上げ開始後初期の荷重値が急峻に立ち上がっている弾性変形期内におけるあらかじめ指定した荷重値である。この初期の時点で第１回の撮像を行うのである。そして撮像により得られた画像に基づき，寸法データについての良否判定を行う（Ｓ３）。不良なデータがあれば不良品と判定して締結工程を終了する（Ｓ３：ＮＧ）。寸法データそのものについては後述する。寸法データによる判定が良であった場合には（Ｓ３：ＯＫ），引き上げをさらに続行する。

そしてストローク値が図４中のストロークＲに達したときに（Ｓ４：Ｙｅｓ），その時点での荷重値による良否判定を行う（Ｓ５）。図４中のストロークＲとは，引き上げの進行により降伏が起こった後の塑性変形期内の比較的初期における，あらかじめ指定したストロークである。この，ストロークＲ到達時における荷重値は，前述の荷重値Ｐより大きいが，ブラインドリベット１５の品番に応じて決まっている良好範囲内にあるはずである。その良好範囲もあらかじめ指定しておいてＳ５の判定を行うのである。その時点での荷重値が当該良好範囲内になければ，不良品と判定して締結工程を終了する（Ｓ５：ＮＧ）。荷重値が当該良好範囲内にあった場合には（Ｓ５：ＯＫ），引き上げをさらに続行する。

そして荷重値が図４中の荷重値Ｑに達した時点で（Ｓ６：Ｙｅｓ），第２回の撮像を行う（Ｓ７）。図４中の荷重値Ｑとは，塑性変形期内の中期におけるあらかじめ指定した荷重値である。荷重値Ｑは，前述のストロークＲ到達時の荷重値よりやや大きい。この塑性変形期の時点で第２回の撮像を行うのである。そして撮像により得られた画像に基づき，寸法データについての良否判定を行う（Ｓ８）。不良なデータがあれば不良品と判定して締結工程を終了する（Ｓ８：ＮＧ）。判定が良であった場合には（Ｓ８：ＯＫ），引き上げをさらに続行する。

そしてストローク値が図４中のストロークＴに達したときに（Ｓ９：Ｙｅｓ），その時点での荷重値による良否判定を行う（Ｓ１０）。図４中のストロークＴとは，塑性変形期内の末期付近におけるあらかじめ指定したストロークである。図４から分かるようにストロークＴは，荷重値が引き上げ過程中で最大となるときを狙って指定されている。この時点での荷重値をＳ１０の判定の対象とする。あるいは，ストロークＴをあらかじめ指定しておく代わりに，Ｓ８以降であって荷重値が増大から減少に転じたときの最大荷重値をもってＳ１０の判定の対象としてもよい。Ｓ１０においても荷重値の良好範囲をあらかじめ指定しておいて判定を行うのである。荷重値が当該良好範囲内になければ，不良品と判定して締結工程を終了する（Ｓ１０：ＮＧ）。荷重値が当該良好範囲内にあった場合には（Ｓ１０：ＯＫ），引き上げをさらに続行する。

その後は荷重値が急速に減少していき，やがてゼロとなる。このときマンドレル１９は破断に至るので（Ｓ１１：Ｙｅｓ），締結工程は終了となる。その後，第３回の撮像を行う（Ｓ１２）。この破断後における画像についても，寸法データによる良否判定を行う（Ｓ１３）。不良なデータがあれば不良品と判定する（Ｓ１３：ＮＧ）。不良なデータがなければ良品と判定する（Ｓ１３：ＯＫ）。

なお，図４のようなストロークと荷重との関係については，ある程度の個体差はあるものの，ブラインドリベット１５の品番ごとに標準的なパターンが決まっている。この標準的なパターンに基づいて，上記の荷重値Ｐ，荷重値Ｑ，ストロークＲ，ストロークＴを定めておけばよい。各時点での良好範囲についても同様である。また，図５のフローから外れてしまうような事象が起こった場合にはその時点で不良品と判定すればよい。フローから外れてしまうような事象とは例えば，荷重値が荷重値Ｐに到達する（Ｓ１：Ｙｅｓ）よりも先にストロークがストロークＲに到達してしまう（Ｓ４：Ｙｅｓ）ようなことである。

続いて，Ｘ線撮像部１０によるＸ線透過像とそこから得られる寸法データについて説明する。図６に，透過像として得られるブラインドリベット１５の形状の例を示す。図６には，引き上げ開始後のブラインドリベット１５の形状が現れている。新品時の形状（図３参照）と比較して，スリーブ部１７が封口板１６付近で左右に広がった形状となっている。マンドレルヘッド２０が上昇した分，スリーブ部１７の構成材料が押し退けられたためである。このためもはや，ブラインドリベット１５を注液口３から引き抜くことは不可能となっている。また，マンドレルヘッド２０が上昇した分，スリーブ部１７の内部に空洞部２４（ハッチングを付した領域）ができている。Ｘ線透過像であるため，スリーブ部１７の内部におけるマンドレルヘッド２０の位置や空洞部２４の広がり具合も分かる。

この画像から得られる寸法データとは，図６中にＡ～Ｉ（特にＡ～Ｇ）の記号で示される箇所の寸法のことである。これらはいずれも撮像データから画像処理部１１で抽出される。各寸法データは以下のようなものである。
Ａ：図６の左端における，封口板１６の上面からフランジ部１８の上面までの高さ
Ｂ：図６の右端における，封口板１６の上面からフランジ部１８の上面までの高さ
Ｃ：フランジ部１８の上面の図６中前後方向における傾斜量
Ｄ：封口板１６の上面からマンドレルヘッド２０の底部までの深さ
Ｅ：封口板１６の上面から空洞部２４の底部までの深さ
Ｆ：封口板１６の上面からスリーブ部１７の頂部までの深さ
Ｇ：スリーブ部１７の最大幅
Ｈ：マンドレルヘッド２０の最大幅
Ｉ：封口板１６の板厚

以下，個別の寸法データについて説明する。Ａ（左高さ）とＢ（右高さ）については，実質的にはそれらの差の絶対値｜Ａ－Ｂ｜が寸法データとして意味を持つ。ブラインドリベット１５にどれほどの傾斜が生じているかを示す指標としての意味を持つからである。この絶対値｜Ａ－Ｂ｜により表される傾斜量は，密閉型電池２の外観からは分からず，またストローク値や荷重値からも分からないデータであるが，Ｘ線撮像により評価可能となっているものである。また，締結具合の良否とも密接に関連する重要な指標である。

Ｃ（前後方向の傾斜量）は，図６では分かりにくいが，ブラインドリベット１５が紙面に対して垂直な方向（前後方向）に傾斜している場合における絶対値｜Ａ－Ｂ｜に相当する量のことである。よってこれも絶対値｜Ａ－Ｂ｜と同様に重要である。前後方向の傾斜により透過画像上では，スリーブ部１７の頂面が楕円状をなすとともに，Ｘ線の透過距離の場所による違いが明瞭な濃淡差として現れるため，画像処理部１１で容易に抽出できる。

Ｄ（深さ１）は，破断前（図５中のＳ２，Ｓ７）の画像においては撮像時のストローク値と等価である。破断後（図５中のＳ１２）の画像においては，マンドレル１９が破断したその瞬間におけるストローク値という意味を持つ。このため，破断後の画像において特に重要である。

Ｅ（深さ２）およびＦ（深さ３）は，あまり顕著ではないが，引き上げの進行とともに減少していく。このためこれらのデータも，寸法データとして利用可能である。Ｈ（ヘッド幅）およびＩ（板厚）は，引き上げの進行とともにわずかながら減少していく。このためこれらのデータも，寸法データとして利用可能な場合がある。

Ｇ（スリーブ幅）は，まさにブラインドリベット１５による締結の良否を直接的に示す寸法である。これも密閉型電池２の外観やストローク値，荷重値からは分からないので，絶対値｜Ａ－Ｂ｜やＣ（前後方向の傾斜量）と並んで寸法データの中でも重要なデータである。

判定のための良好範囲としては，絶対値｜Ａ－Ｂ｜，およびＣ（前後方向の傾斜量）については，許容される最大値のみ規定しておけばよい。それ以外の各寸法データについては，許容される最小値と最大値とを規定しておくこととなる。またいずれも，撮像時点（Ｓ２，Ｓ７，Ｓ１２）ごとにそれぞれ良好範囲が定められることとなる。

以上詳細に説明したように本実施の形態によれば，Ｘ線撮像部１０を有し，マンドレル１９の開始後に複数回にわたりブラインドリベット１５の透過像を撮像することとしている。このため，単純な外観やストローク値，荷重値だけでは分からない寸法データにより，ブラインドリベット１５の締結状態の良否を確実に判定することができるブラインドリベット締結装置１が実現されている。

なお，本実施の形態は単なる例示にすぎず，本発明を何ら限定するものではない。したがって本発明は当然に，その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良，変形が可能である。例えば，前記実施の形態の図５のフローチャートでは，Ｘ線透過像の撮像をつごう３回行っている。しかしこれは必須ではなく最低１回実施すれば本発明に該当する。ただし２回以上行うことが好ましい。その中に破断後の撮像を入れることがより好ましい。また，Ｘ線透過像の撮像を，荷重値の所定値への到達（Ｓ１，Ｓ６）をトリガーとして行っているが，このことも必須ではない。ストローク値の所定値への到達をトリガーとして行ってもよい。

また，Ｘ線透過像から抽出した寸法データによる判定（Ｓ３，Ｓ８，Ｓ１３）の他に，ストローク値の所定値への到達の際の荷重値による判定（Ｓ５，Ｓ１０）を行っているが，これは必須ではない。寸法データによる判定のみでもよい。あるいは，荷重値の所定値への到達の際のストローク値による判定を付加してもよい。

１ ブラインドリベット締結装置
５ ヘッド部
６ 荷重測定部
７ 昇降機構
８ サーボモータ
９ ボールネジ
１０ Ｘ線撮像部
１１ 画像処理部
１２ データ処理部（判定部）
１３ 照射部
１４ 受光部
１５ ブラインドリベット
１６ 封口板
１７ スリーブ部
１８ フランジ部
１９ マンドレル
２０ マンドレルヘッド
２２ プッシャー
２３ ジョー

Claims (1)

1. マンドレル付きのブラインドリベットを締結対象物に取り付けて締結するブラインドリベット締結装置であって，
   締結対象物の取付穴に挿入されたブラインドリベットのフランジ部を締結対象物に押し付ける保持部材と，
   前記保持部材によりフランジ部が保持されているブラインドリベットのマンドレルを軸方向に引っ張る昇降機構と，
   締結対象物の取付穴に挿入されたブラインドリベットのＸ線画像を撮影するＸ線撮像部と，
   前記Ｘ線撮像部で撮影したブラインドリベットのＸ線画像から，ブラインドリベットの各部の寸法に関するデータである寸法データを取得する画像処理部と，
   前記昇降機構の引っ張り動作のストロークを出力するストローク出力部と，
   前記昇降機構の引っ張り動作中の引っ張り荷重を測定する荷重測定部と，
   前記昇降機構による引っ張り動作開始後に取得された寸法データと引っ張り動作のストロークまたは引っ張り荷重に基づいて，ブラインドリベットの締結状況の良否を判定する判定部とを有し，
   前記判定部は，前記昇降機構による引っ張り動作開始後のあらかじめ定めたタイミングで撮像されたＸ線画像における寸法データがあらかじめ定められたその良好範囲内にあるか否かの判定を行うとともに、引っ張り動作開始後のあらかじめ定めたタイミングでのストロークまたは引っ張り荷重があらかじめ定められたそれぞれの許容範囲内にあるか否かの判定も行うものであることを特徴とするブラインドリベット締結装置。

Images